►六位专家在讨论后合影，左起：刘鸣华、刘忠范、杨培东、白春礼、王琛、赵宇亮

前言：

过去几十年来，中国在纳米技术领域投资巨大。在2006年到2020年的中长期科学发展规划中，纳米技术是重点关注的领域之一。2012年，中国还发布了关于纳米研究的国家重大科学研究计划“十二五”专项规划，计划在五年里投资10亿元，由位于北京的中国科学院带头研究。正是凭借这项长期投资，中国现在是纳米技术领域的主要参与者，科学论文和专利的数量位列全球第一。

2015年9月3日至5日，在北京召开的第六届中国国际纳米科学技术会议上，中科院院长、《国家科学评论》主编白春礼与其他五位知名科学家同台讨论了中国近期在纳米技术领域取得的进展、纳米粒子对公共卫生的潜在影响、以及今后面临的挑战和机遇。

参会人员

白春礼，大会主席、中国科学院院长

刘鸣华，纳米材料和分子组装专家、国家纳米科学中心主任

刘忠范，北京大学纳米化学和石墨烯领域专家

王琛，国家纳米科学中心纳米显微技术领域专家

杨培东，加州大学伯克利分校纳米材料及其能源研究应用专家

赵宇亮，国家纳米科学中心、中国科学院高能物理研究所纳米医学和纳米安全领域专家

撰文 | Jane Qiu

翻译 | 陈婷

校译 | 陶梦萦

责编 | 陈晓雪

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中国在纳米技术领域的投资

白春礼：能简单地向我们介绍一下中国对纳米技术的支持吗？

刘鸣华：我国是在纳米技术领域投入巨资的国家之一。中国的支持分为几波。2000年以前，投资力度比较小，且集中在纳米材料领域，科技部和中科院的相关项目便是例子。2000年以后，特别是从美国启动国家纳米技术计划(National Nanotechnology Initiative)开始，包括中国在内的很多其他国家加大了资助力度。过去15年来，中国在纳米技术上的总投入估计超过了10亿美元。

在国家中长期科学和技术发展规划纲要 (2006━2020年)中，纳米技术被列为重点领域之一。自2006年以来，纳米技术方面的项目达到141个，包括年轻科学家的小项目和耗资数千万美元的大项目；研究领域广泛，囊括纳米材料、纳米装备、纳米能源、纳米催化和纳米医学等多个方面。这些项目大多得到了科技部的支持。国家自然科学基金委员会也为纳米研究各领域的大量基础项目提供资金，并为纳米科学、纳米制造和分子组装领域的三个主要项目提供支持，这三个项目的预算均达到了两亿元。

中科院还通过参与一系列计划来支持纳米技术研究，如“创新计划”和“创新2020”。最近，纳米技术被纳入2012年发布的中国国家重大科学研究计划，获得预算10亿元，重点是应用研究。中科院当前正在筹建“科学卓越创新中心”，旨在促进精密纳米制造、纳米医学、纳米表征与标准化等领域的研究。

正是凭借这种长期支持，中国现在是纳米技术领域的重量级选手，在SCI论文数量、论文被引用次数和专利数量方面居全球第一。但在真正的创新方面，中国还有很大的进步空间。

白春礼：私人部门的研发情况怎么样？

刘鸣华：私人纳米技术公司是在2000年左右开始出现的，但他们的发展相当缓慢，只有少数几家存活了下来。自2010年以来又出现了一批新公司，特别是那些致力于开发石墨烯产品的公司，投资相当可观。比如，中科院宁波材料技术与工程研究所就从一家私人公司那里拿到了一份大合同，用石墨烯开发锂电池。江苏的无锡和常州以及重庆的几家公司也在石墨烯技术上投入了大笔资金。北京、上海、江苏和安徽等地成立了多个纳米技术产业联盟。

►白春礼，大会主席、中国科学院院长

前景广阔的纳米技术研究领域

白春礼：中国在纳米技术研究的哪些领域很活跃？

王琛：2013年，中科院启动纳米研究专项。我们选择重点领域时主要有两方面的标准：首先国家存在重大需求，其次是中科院有明显的研究优势。其中一个重点领域就是用纳米技术开发锂电池，由中科院物理研究所和化学研究所牵头。这个方向和电动汽车的发展直接相关，而电动汽车是我国中长期发展规划的重点之一。我们的目标是在2017年项目结束时完成3万组电动汽车电池。另一个重点领域是“绿色印刷”，也由中科院化学研究所带头。这些工作是纳米技术转化方面的突出代表，覆盖了一个从基础研究、技术转化到大规模商业生产的研发链。

我们在项目实施上也有独特之处。首先，核心技术的创新都来自中科院的实验室，从小规模的研究小组逐渐扩大，到现在与商业生产相结合。项目还有一个不同寻常的地方，即我们不需要发表论文。项目的考核标准基于产业规模、企业投资和社会经济效益等，这也应该成为纳米技术总体层面的重要考核标准。基础研究很重要，社会经济效益也同样重要。

白春礼：纳米医学是一个新兴的跨学科研究领域。该领域有哪些研究重点？

赵宇亮：过去十年里，纳米医学发展迅速。在美国，食品与药品监督管理局(Food and Drug Administration)已经批准了100多种纳米药物进入临床试验阶段。纳米复合物独有的两个特点让其成为药物研发中极具前景的选项。首先，不同于传统药物，纳米复合物容易穿过生物屏障，如细胞膜，肿瘤的生理屏障和病理屏障等，抵达目标位置。其次，纳米药物以微粒形态存在，是原子和分子的集合体，因而可以提供一个具有多种生物活性的表面。相比之下，传统药物的作用较为单一。

药理学家一致认为，纳米药物是药物开发的未来，尤其是未来药剂学领域。传统小分子药物的开发遇到了多个瓶颈，如难溶性，高毒性等。现在，大分子药物，如蛋白质和核酸正在蓬勃发展。这种药物需要一种能助其进入细胞并防止其体内降解的载体。通常的做法是使用非致病性病毒载体，但这种载体有潜在的危险。纳米技术是一种可以实现非病毒载体的有效途径。

白春礼：纳米技术研究也被纳入了我国2016年到2020年期间的“十三五”规划。纳米技术领域的主要研究方向包括基础研究，如模拟纳米级别的一些现象（因为目前还难以直接观察纳米的光电特性），以及应用研究，如研制能观察这些特性的设备。一旦完成，我们就会对外宣布。

►刘鸣华，纳米材料和分子组装专家、国家纳米科学中心主任

中国的纳米科学研究缺乏真正的创新

白春礼：中国纳米科学研究的主要不足有哪些？

杨培东：尽管我一直在美国，但我和中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所合作了相当长的一段时间。研究所侧重应用研究，只有少量的基础研究项目。要进行应用研究，需要有自己的知识产权，但知识产权储备是建立在基础研究之上的，需要长期去开发。你不可能只做五年的基础研究就进入了商业化阶段。因此，基础研究在接下来的20年里真的要为商业化铺平道路。我觉得中国太急于在短期内实现商业化。

这一点和美国的情况有很大的不同。美国非常重视基础研究，在大部分高校和研究所里，我们不太关心研究是否会立即带来商业产品。美国的观点是，当时机成熟了，基础研究最终自然而然会带来有用的技术和商业产品。这是一个长期的过程。中国也应该有耐心，着眼于长期。应该让研究人员有足够的空间和时间去探索基础研究方面的问题。尽管中国在纳米技术领域的专利和SCI论文发表数量世界第一，但其中只有很小一部分是真正的创新。只需通过优化技术和产品你就能获得大量专利。在目前这个阶段，中国真的应该重视科研产出的质而不是量。中国应该问自己一个关键问题：我们真的有创新理念吗？还是说我们依然在追随西方的前沿发展？

刘忠范：我完全同意培东的看法：总体研究产出的统计数据看似华丽，实际却掩盖了很多严重的问题。我所在的成立于1997年的北京大学纳米研究中心也存在这种问题。这是一个跨学科的研究中心，现在北大每年大概发表3000至4000篇科技论文，其中将近三分之一是纳米科技贡献的，但创新水平相当有限。

石墨烯研究就是一个典型的例子。中国进行了相当大的投资，自称在这个研究领域有全球最大的科研力量，包括数百家公司。但实际上存在如下两个问题：首先，投资分散，也就是说具体到每个项目，投入的强度并不高；其次，真正的原创性研究不多，“跟风”现象严重，哪个概念热就一拥而上，而不是着眼于长远，去形成自己的理念。

白春礼：我同意。新一届政府把创新视为中国长期发展的核心。但中国大部分研究人员都热衷于追随热门、流行的研究领域。很少人有十年磨一剑的精神，或是愿意研究重大的科研问题。举个例子，中国在继西方首创之后大举投入石墨烯和碳纳米管的研究，但几乎没有真正的创新。我们确实需要发挥自己的创造力，而不是满足于随大流。

杨培东：关于大科学，我想说几句。过去几年里我参与了奥巴马政府的一些大型项目。有一些自上而下的项目，先是材料科学，然后是能源研究，现在是生命科学和微生物学，全都和纳米技术有关。这种大型项目有一个优势，即资金可以在这些研究领域迅速分摊。但这种大项目通常是由有名望的科学家带头，给年轻人的机会不够。我一向认为年轻人是创新的关键推动者。从长远来看，这一点可能会损害美国科学的竞争优势。

20多年前，美国有很多针对个人的研究经费，我个人的研究组得到了美国能源部(Department of Energy)和国家科学基金会(National Science Foundation)的有力支持。如今，研究经费相当有限，大项目占去了大头，大大挤压了个人研究经费的空间。很多非常有才华、非常投入的年轻科学家难以争取到这类经费，处境艰难。在中国，过去10年的科研经费以两位数的速度增长。诚然，中国需要能满足国家特定需求的大型项目。但与此同时，对年轻科学家，特别是年轻博士后的支持应该相应地增加。这样才能让他们有大量的空间和时间去尝试新想法。评估制度应该更灵活，这样他们才不会掉进追求文章发表数量的陷阱。

白春礼：这是一个非常重要的问题。在中国，很多研究所要求研究生在SCI上发表了文章才能毕业。这样一来，他们当然不愿参加有风险的项目。我担任中科院研究生院院长后就取消了那些规定。这带来了一些改善，但某些研究所依然在推行这类规定。学生也非常希望在攻读学位期间能在SCI上发表论文，因为这会让他们更容易在知名的研究机构获得博士后岗位。显然，如果只用发表文章的数量来评估工作，他们就没法去冒险追求自己的想法。这是我国正在推行的体制改革的一个重要方面，而问题的关键就是如何为创新建立有利的环境。在对年轻科学家的支持上，中科院设立了一个名为“青年创新基金”的专项基金，为35岁以下的研究人员提供支持。

►刘忠范，北京大学纳米化学和石墨烯领域专家

纳米技术发展面临的挑战

观众：纳米技术发展面临的主要挑战是什么？

白春礼：一个主要的挑战是在宏观层面保留纳米复合物的有利特性。比如，单碳纳米管有很多好的特性，它的强度是钢铁的100倍，重量仅为钢铁的六分之一；但纳米管的组装完全是另一回事，因为纳米管之间的强度要弱得多。另一个例子是自我组装。据《科学》杂志(Science)报道，自我组装是最有前景的纳米技术研究领域之一。我们的挑战是适当、高效地控制这个过程，并控制最终产品的大小、稳定性及有利特性。

观众：知识产权对创新极为重要，但中国在知识产权的保护上做的还不够。中国怎么才能克服这一弱点，鼓励研究人员创新、促进技术转化、并最终带来社会经济效益？

白春礼：在这一点上，中央政府刚刚发布了一系列新政策。过去，国家资助项目的创新成果的知识产权归国家所有，现在则归进行研究的科研机构和高校所有，这让后者在技术转让和商业化方面享有更大的自由。此外，发明者现在最高可分得60%的经济收益，包括股票在内，而以前只有20%。制定这类政策其实就是为了促进创新和技术转化。

►王琛，国家纳米科学中心纳米显微技术领域专家

纳米安全与监管问题

白春礼：纳米技术给公共卫生和环境构成了潜在的威胁。这个领域进行了哪些类型的研究？

赵宇亮：本世纪初，纳米安全研究初期出现了很多困惑和相互矛盾的结果。这主要是由两方面的原因造成的：首先，大部分研究都是定性研究，很多推断和猜测都被证明是不正确的；其次，早期的纳米安全研究大多依靠传统的毒理学方法，把纳米材料当作一般的分子处理，缺乏纳米特性的表征，忽视了其独有的特性。事实证明，这样做是不合适的。

有意思的是，在2010年以前，大部分体外研究都是在西方进行的，而大部分在动物体内进行的试验都是由中国科学家完成的。体内研究更可靠，特别是定量的研究，帮助解决了早期的一些困惑。过去15年来，我们掌握了有关纳米材料在机体吸收、新陈代谢和排出体外等方面的大量实验数据，也归纳出了一些规律性的现象，尽管导致这些重要现象的机制还不完全清楚。

这方面的重大进展还包括根据已发表的文献创建的一个大型纳米安全研究数据库，囊括多种复合物，有金属（如金、铜、铁、锌、镁和铝，等）、无机氧化物（如二氧化钛、氧化锌、二氧化硅、氧化镁、氧化铁、氧化铝和二氧化锶，等）和石墨烯、碳纳米管及其衍生物。我们掌握了大多数批量生产的复合物的详细毒理学数据，也精确地研究了大规模生产车间的安全接触标准。

另一个取得成果的领域和发现纳米材料的独特性能有关。首先，纳米材料容易进入细胞，这正是纳米医学的基础。其次，大部分纳米复合物，包括碳纳米管和石墨烯，一旦进入体内就能很容易地吸附血液蛋白。如果我们想在体内利用纳米复合物，我们就必须想办法阻止上述情况发生，这样才能降低它们的毒性。第三，和球状结构相比，像碳纳米管这样的一维纳米材料更难从细胞排出，这可能和它的形状有关。第四，纳米复合物很容易参加细胞内的电化学反应，这可能会影响一些细胞功能。这一点已经被用来诊断癌症等疾病和开发新疗法了，但从安全的角度出发，我们必须考虑到这些，并努力将这种反应降到最低。

白春礼：中国有哪些纳米安全规定？

赵宇亮：2007年，中科院率先颁布了有关实验室使用纳米材料的规定。同年，我们还为卫生部起草了一份全国性的规定，这可能是全世界最早的相关规定之一。中科院和一些高校还参与起草了两套监管准则：一套和生产现场纳米颗粒的安全接触水平及监测规范有关，另一套和纳米材料的安全评估有关，包括详细的评估和监测方法。

白春礼：1999年，我在巴尔的摩参加了早期的一场纳米科学国际会议。会场外有很多人在发传单，说纳米科学是一项非常危险的技术，就像核武器一样，科学家需要格外谨慎。因为公众的担心，纳米安全问题受到极大重视。我们必须高度防范纳米技术的潜在有害影响，否则纳米技术可能会遭到公众的强烈抵制，就像转基因农作物现在面临的处境一样。任何技术都是一把双刃剑，我们必须避免纳米技术对公共卫生和环境的潜在负面影响。

►杨培东，加州大学伯克利分校纳米材料及其能源研究应用专家

对年轻科学家的寄语

观众：白院长对研究纳米科学的学生和青年科学家有什么要说的吗？

白春礼：首先，你们应该重视实验中出现的令人吃惊、出人意料的现象。当你得出的结果和现有理论不符时，不要轻易忽视它们，因为你可能即将取得重大科学突破。你们应该认真思考，和同事讨论原因可能是什么。优秀的科学家要具备打破陈规和挑战教条的能力。你们应该用好奇心来发现有趣的现象，提出新的假设，而不是随波逐流，总是证实已有的观点。其次，要想成功，就得对自己所做的事情保有激情，而不是仅仅把它当成一份工作，或是一种谋生的手段。

►赵宇亮，国家纳米科学中心、中国科学院高能物理研究所纳米医学和纳米安全领域专家

原文于2016年3月发表于《国家科学评论》(National Science Review, NSR)，原标题为“Nanotechnology development in China: challenges and opportunities”。NSR是科学出版社旗下期刊，与牛津大学出版社联合出版。《知识分子》获授权刊发该文中文翻译。英文版请点击：

http://nsr.oxfordjournals.org/content/3/1/148.full

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